洪屏抽水蓄能電站引水豎井開挖施工技術(shù)

洪屏抽水蓄能電站引水豎井開挖施工技術(shù)劉旭剛;楊曉輝【摘要】洪屏抽水蓄能電站每條引水洞共有2條豎井，上豎井高程差為277m,下豎井為295m,施工條件差,開挖過程中安全及質(zhì)量控制難度大.從施工方案選擇、豎井施工平面布置、施工工藝等幾個(gè)方面，對洪屏抽水蓄能電站引水豎井開挖施工實(shí)施過程進(jìn)行了介紹.防墜罐籠、防墜器、視頻監(jiān)控設(shè)備等現(xiàn)代科技的應(yīng)用，保證了豎井開挖施工的安全.【期刊名稱】《水力發(fā)電》【年(卷)，期】2016(042)008【總頁數(shù)】4頁(P48-51)【關(guān)鍵詞】引水豎井;開挖;施工技術(shù);洪屏抽水蓄能電站【作者】劉旭剛;楊曉輝【作者單位】中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧沈陽110000;中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧沈陽110000【正文語種】中文【中圖分類】TV523(256)洪屏抽水蓄能電站引水系統(tǒng)采用’二洞四機(jī)”布置，由引水上平洞、引水調(diào)壓井、引水上豎井、引水中平洞、引水下豎井、引水鋼岔管、引水支管等組成。引水豎井有4條，分別為1、2號引水上豎井和1、2號引水下豎井。其中，上豎井長277m(含上、下彎段)，開挖直徑6.4m；下豎井長295m(含上、下彎段)，除上彎段直徑為6.4m夕卜，其余均為6m。豎井施工是本工程引水系統(tǒng)施工的重點(diǎn)。引水上豎井全鋼襯管道上覆巖體厚69-375m,巖石微~新鮮，巖體完整性差~較完整，屬穩(wěn)定性差~基本穩(wěn)定的m-n類圍巖。其中，H~B類圍巖占45%,B類占36%,IV類占16%,V類占3%。上彎段由于受f116斷層切割，形成一個(gè)不穩(wěn)定的大棱體，在與節(jié)理切割組合下，易沿f116斷層向豎井內(nèi)塌滑，需錨噴支護(hù)處理。上豎井段中下部構(gòu)造較發(fā)育，有f176、F140、f116等3條斷層，f176、f116寬度小，F(xiàn)140寬度較大，均與豎井斜交，傾向下游，對上游壁的穩(wěn)定不利，與其他方向的節(jié)理切割組合，易形成不穩(wěn)定的棱體，開挖過程需及時(shí)支護(hù)。下彎段受f176斷層切割影響，彎段頂部巖體厚度薄，洞室開挖后形成臨空，頂部巖體易沿f176脫落，需加強(qiáng)支護(hù)。引水下豎井上覆巖體厚372-650m,屬整體塊狀構(gòu)造，節(jié)理較發(fā)育，為n~m類巖體，斷層帶部位為V-V類巖體。發(fā)育F109、F521、F115、f173、f174、f112、f114、f172等8條斷層。其中，f173、f174、f114、f172寬度小，屬m級結(jié)構(gòu)面，但與豎井斜交且傾向下游或上游，對上游或下游井壁有一定影響；F115、F521、F109屬n級結(jié)構(gòu)面，寬度較大，性狀較差。由于斷層帶一般均導(dǎo)水，地下水易沿?cái)鄬蛹袧B漏。該豎井?dāng)嗝孑^小，井身長，施工難度大，且豎井為在平洞內(nèi)施工，受工作面制約，井口布置困難。常規(guī)豎井施工分為正井開挖和反井開挖，正井和反井開挖又分一次開挖和多次擴(kuò)挖，擴(kuò)挖的種類又分人工擴(kuò)挖和機(jī)械擴(kuò)挖等。根據(jù)本豎井的施工特點(diǎn)及施工要求，本工程先利用反井鉆機(jī)開挖導(dǎo)孔，而后利用導(dǎo)孔進(jìn)行二次擴(kuò)挖。擴(kuò)挖后的棄渣通過反井鉆機(jī)鉆設(shè)的作為溜渣槽的導(dǎo)孔，最終由豎井下方平洞段出渣。此方法的優(yōu)勢在于，一次導(dǎo)井開挖采用反井鉆機(jī)施工，施工效率高且無太多安全隱患;二次擴(kuò)挖在洞口布置多層安全防護(hù)措施，通過導(dǎo)井出渣，最大程度保證了施工進(jìn)度。此方法綜合了反井和正井開挖方法的優(yōu)勢。本豎井的施工安全質(zhì)量重點(diǎn)在于豎井的二次擴(kuò)挖。為保證施工安全，采用多種安全防護(hù)措施，對豎井施工中遇到的各種問題進(jìn)行認(rèn)真分析，并據(jù)此進(jìn)行豎井二次擴(kuò)挖的場地布置。在豎井進(jìn)入上彎段的平洞位置設(shè)置3臺卷揚(yáng)機(jī)，用于施工期豎井開挖及噴錨支護(hù)施工。受施工場地的限制，在豎井上方布置提升架的難度較大，為此，利用后期豎井鋼襯安裝的橋機(jī)室橋機(jī)軌道梁布置提升設(shè)備的基礎(chǔ)。卷揚(yáng)機(jī)通過架設(shè)在豎井上彎段巖壁橋機(jī)軌道梁上的型鋼橫梁，垂直伸入豎井內(nèi)。在橫梁上設(shè)置定滑輪，同時(shí)，在平洞段地面設(shè)置導(dǎo)向定滑輪，鋼絲繩通過滑輪對豎井內(nèi)設(shè)備進(jìn)行提升。為便于豎井內(nèi)布置，豎井施工開始的20m左右，采用人工擴(kuò)挖，擴(kuò)挖出的工作面作為場地布置的平臺，以便在井口布置鋼梁及大盤等設(shè)備。豎井施工平面布置見圖1。豎井施工平面布置主要包括擴(kuò)挖設(shè)備及作業(yè)平臺、安全防護(hù)設(shè)施、施工風(fēng)水電布置等作業(yè)內(nèi)容。由于豎井開挖斷面小，施工設(shè)備采用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔爆破開挖。開挖時(shí)，井口進(jìn)行封閉，且在井內(nèi)布置工作大盤，工作大盤在距離開挖作業(yè)面10m范圍對開挖作業(yè)人員進(jìn)行防護(hù)，同時(shí)也可以在大盤上進(jìn)行必要的支護(hù)作業(yè)，形成立體交叉施工作業(yè)，加快施工進(jìn)度。主要施工設(shè)備及布置如下：（1） 封孔盤。導(dǎo)井施工完畢后，進(jìn)行擴(kuò)挖作業(yè)時(shí)，需對反井鉆機(jī)導(dǎo)井進(jìn)行封堵，保證豎井內(nèi)及豎井下方施工人員安全。封口盤在孔鉆裝藥連線之后（或爆破之前）由卷揚(yáng)吊起，以防爆破時(shí)崩壞。利用小型卷揚(yáng)提拉封孔盤至工作盤，并鎖定在工作盤的孔口位置，以起到爆破作業(yè)的防護(hù)作用。（2） 提升設(shè)備。在鋼梁上布置定滑輪，利用平洞段布置的卷揚(yáng)機(jī)，通過導(dǎo)向定滑輪將設(shè)備提起。提升工作盤橫梁采用2根1128a工字鋼并排焊接，提升載人罐籠橫梁采用2根1122a工字鋼并排焊接。卷揚(yáng)機(jī)布置3臺，1臺10t的作為工作盤提升使用，1臺3t的作為載人罐籠起吊設(shè)備，慢速卷揚(yáng)（牽引速度9.9m/min）;1臺3t的作為載物起吊設(shè)備（牽引速度15m/min）oT作盤選用中30鋼絲繩（180kg/mm2，型號為6x37),載人罐籠卷揚(yáng)選用中24鋼絲繩(180kg/mm2，型號為6x37)。載人罐籠卷揚(yáng)配置排繩器。同時(shí)，為保證安全，額外配置手拉減速剎車，以在緊急時(shí)刻備用。工作大盤。骨架采用8號槽鋼制作，大盤中間留孔，用來保證人員和運(yùn)輸材料上下，大盤表面采用4mm的花紋鋼板。在大盤盤體四周及大盤中間留孔的位置設(shè)置固定安全圍欄，安全圍欄底部設(shè)20cm高的擋腳板。⑷材料及人員運(yùn)輸。豎井開挖開始時(shí)的20m的垂直運(yùn)輸采用人工牽繩的方法；工作大盤形成后，采用槽鋼焊接成的載物罐籠完成材料垂直運(yùn)輸。人員上下豎井開挖開始時(shí)的20m使用爬梯(爬梯設(shè)置梯籠)。爬梯布置在井壁側(cè)；工作大盤形成后，采用GLS-0.5型防墜罐籠完成人員上下任務(wù)。⑸井口上方封井橫梁。為保證豎井內(nèi)施工安全，在井口位置布置型鋼鋼梁封閉井口。橫梁采用桁架上留出風(fēng)水管路進(jìn)入豎井內(nèi)的通道，并在鋼梁上鋪設(shè)鋼板封閉(留設(shè)罐籠吊物進(jìn)出通道)，孔口周圍設(shè)置防護(hù)欄，鋪設(shè)密目網(wǎng)，對井內(nèi)人員及設(shè)備起保護(hù)作用，并在相應(yīng)位置掛安全警示牌。同時(shí)，在井口周圍防護(hù)欄底腳設(shè)20cm的高擋腳板。固定攝像頭。在上豎井的井口、井壁上安裝固定攝像頭，用于豎井材料運(yùn)輸和施工人員上下的安全監(jiān)控。攝像頭沿豎井壁周圍布置，每50m布置1部攝像頭。在距離爆破工作面50m范圍以上布置攝像頭。同時(shí)，在距離爆破工作面最近的攝像頭下方1m處焊接2mm厚鋼板防護(hù)板。超載限制器。安裝在豎井鋼桁架的定滑輪的支座上，用于限制井內(nèi)垂直運(yùn)輸材料和施工人員的工作盤及罐籠的荷載。如噸位超載，卷揚(yáng)機(jī)將不工作，以確保安全運(yùn)輸。卷揚(yáng)機(jī)安全制動裝置。為保證施工安全，卷揚(yáng)機(jī)選用慢速雙抱閘卷揚(yáng)，并安裝手動制動裝置，確保發(fā)生意外情況時(shí)，卷揚(yáng)機(jī)能及時(shí)制動。載人罐籠防墜器。在載人罐籠連接鋼絲繩處安裝2個(gè)罐籠防墜器，在出現(xiàn)斷繩情況下，該裝置能有效制動，以減少傷亡。GLS-0.5型防墜罐籠和BF系列防墜器與載人罐籠為一整套集中采購。限位器。在井口臨界接觸點(diǎn)及載人罐籠穩(wěn)繩與工作盤連接處設(shè)置相應(yīng)鋼絲繩的位置安裝限位器。當(dāng)工作盤或罐籠提升至指定位置時(shí)，觸發(fā)限位器裝置，卷揚(yáng)機(jī)停止工作，確保設(shè)備不超過運(yùn)行上下臨界范圍。(11)載人罐籠。采用GLS-0.5型防墜罐籠，該罐籠采用滾動楔形防墜器作為斷繩安全保護(hù)裝置，以鋼絲繩為柔性罐道的單層方形提升罐籠，最大終端荷載2600kg，最大運(yùn)行速度可達(dá)2.5m/s(施工時(shí)運(yùn)行速度以卷揚(yáng)為準(zhǔn))，承載人數(shù)可達(dá)8人，最大斷面尺寸為1450mmxl240mmx3100mm,罐籠自重1000kg。4.1施工重點(diǎn)與難點(diǎn)豎井長，斷面較小，施工方案的選擇是本工程的重點(diǎn)。引水豎井巖石為硬巖，施鉆較長，豎井存在f176、f116小斷層帶，1個(gè)F140大斷層帶，反井鉆機(jī)在施工中的偏斜率控制很難，易卡鉆。斷層帶與豎井斜交，施工時(shí)易造成坍塌。反井鉆機(jī)施工形成中1400的導(dǎo)井，正井?dāng)U挖時(shí)溜渣容易堵井，且處理困難。豎井開挖施工過程安全風(fēng)險(xiǎn)較大。4.2引水豎井開挖采用BMC400型反井鉆機(jī)進(jìn)行中1400的導(dǎo)井開挖，精度控制在1%以內(nèi)(各方向)。先自上而下鉆導(dǎo)孔270mm，再自下而上擴(kuò)鉆中1400導(dǎo)井；導(dǎo)井形成后，再采用鉆爆法自上而下分層全斷面擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)尺寸。擴(kuò)挖施工利用導(dǎo)井溜渣和通風(fēng)，采用手風(fēng)鉆造孔，裝藥爆破開挖。爆破后，除了部分石渣由導(dǎo)井溜至井底外，其余均采用人工扒渣，在豎井下部采用3m3裝載機(jī)和15t自卸汽車出渣。擴(kuò)挖后，系統(tǒng)支護(hù)施工及時(shí)進(jìn)行，支護(hù)滯后開挖1~2個(gè)循環(huán)。錨桿采用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔，擠壓式注漿泵注漿，人工插桿，最后進(jìn)行噴混凝土施工作業(yè)。鋼筋網(wǎng)在加工廠加工成片，現(xiàn)場人工拼接、安裝。豎井開挖支護(hù)施工流程見圖2。4.3施工作業(yè)流程測量放線。采用全站儀進(jìn)行測量，給定豎井中心點(diǎn)。鉆孔前，用鋼絲做垂線下至工作面后，用鋼尺、紅油漆進(jìn)行測量畫線；定期對中心點(diǎn)進(jìn)行校核，確保測量工序質(zhì)量。鉆孔作業(yè)。選派熟練的鉆工，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行鉆孔作業(yè)。各鉆工分區(qū)、分部定位施鉆，實(shí)行嚴(yán)格的鉆工作業(yè)質(zhì)量經(jīng)濟(jì)責(zé)任制。每排炮按爆破圖的要求進(jìn)行檢查。周邊孔偏差不得大于5cm，主爆孔不得大于10cm。裝藥爆破。按鉆爆設(shè)計(jì)參數(shù)認(rèn)真進(jìn)行作業(yè)。裝藥完成后，分區(qū)、分片檢查，聯(lián)結(jié)爆破網(wǎng)絡(luò)，撤退工作設(shè)備、材料至安全區(qū)域后進(jìn)行引爆。通風(fēng)散煙。在上豎井上彎段處，采用壓入式供風(fēng)散煙。安全處理。安全員、班長、放炮員、電工一同下井檢查有無瞎炮、啞炮，電工檢查用電設(shè)備及線路有無損壞，安全員和班長對井壁危石進(jìn)行處理，出渣后再次進(jìn)行安全檢查及支護(hù)，為下一循環(huán)鉆孔作業(yè)做好準(zhǔn)備。4.4開挖施工準(zhǔn)備工作在引水隧洞上平段、中平段施工完成后，對上豎井中心線周邊范圍的上彎段頂拱和下彎段底拱進(jìn)行擴(kuò)挖。上彎段頂拱擴(kuò)挖高度應(yīng)滿足反井鉆機(jī)安裝及操作空間，擴(kuò)挖寬度按4m考慮。為便于豎井?dāng)U挖出渣，對下彎段底拱進(jìn)行局部擴(kuò)挖形成集渣場，集渣場沿導(dǎo)井邊線向下擴(kuò)挖以便溜渣，底板按8%的坡度擴(kuò)挖，擴(kuò)挖寬度按4m考慮。4.5導(dǎo)井鉆孔采用BMC400型反井鉆機(jī)先鉆設(shè)中270的導(dǎo)孔。導(dǎo)孔貫通后，在豎井下部安裝中1400擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)行導(dǎo)井鉆設(shè)。采用3m3側(cè)卸裝載機(jī)和15t自卸車在底部出渣。反井鉆機(jī)安裝、調(diào)試完成后，即可開始鉆進(jìn)中270的導(dǎo)向孔。開孔時(shí)，采用短鉆桿、低軸壓、低鉆速和間斷推進(jìn)的方式，并用扶桿器扶住鉆桿。開孔前，首先將鉆機(jī)鉆頭鉆桿定位，對準(zhǔn)豎井中心并與底板成90°；短鉆桿鉆入后，首先接穩(wěn)定器（起導(dǎo)向作用），穩(wěn)定器完全進(jìn)入導(dǎo)孔后，才能逐漸將軸壓和轉(zhuǎn)速增加到正常值，并改用連續(xù)推進(jìn)；距第1個(gè)穩(wěn)定器7~8m時(shí)接入第2個(gè)穩(wěn)定器（仍起導(dǎo)向作用），以后每隔15-20m裝1個(gè)穩(wěn)定器（主要起穩(wěn)定作用）；遇到斷層、裂隙產(chǎn)生振動或卡鉆時(shí)，要減緩鉆進(jìn)壓力，也可采用間斷推進(jìn)；隨著鉆孔深度的增加，換鉆桿前的沖洗排渣時(shí)間要逐漸增加，保證將孔內(nèi)的巖渣排凈再換鉆桿，避免在換鉆桿過程中造成返渣埋鉆事故。導(dǎo)向孔鉆通后，在連接洞的底板上，用液壓卸桿器拆下牙輪鉆頭，旋接鉆桿與擴(kuò)刀頭之間的連接螺紋，接上中1400擴(kuò)孔刀頭，將回轉(zhuǎn)變速機(jī)構(gòu)調(diào)至用于擴(kuò)孔的低速檔，將擴(kuò)孔刀頭提至欲擴(kuò)巖面。4.6豎井?dāng)U挖豎井段擴(kuò)挖自上而下進(jìn)行，采用YT-28手風(fēng)鉆造垂直孔，逐層擴(kuò)挖。豎井?dāng)U挖排渣作業(yè)面極易造成堵孔，在施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制爆破參數(shù)。造孔爆破以〃多打孔、少裝藥、周邊光爆”為原則，中間段擴(kuò)挖主爆孔間距在0.5m以內(nèi)，排距0.65~0.7m；周邊光爆孔孔距0.35~0.40m，排距0.6m。爆破孔梅花形布置，周邊采用光面爆破，線裝藥量150-200g/m；崩落孔采用松動爆破。分層有效開挖高度控制在1.5m以內(nèi)。崩落孔及周邊光爆孔具體裝藥量需根據(jù)現(xiàn)場爆破試驗(yàn)確定并優(yōu)化。裝藥由專業(yè)爆破人員進(jìn)行。4.7開挖作業(yè)循環(huán)時(shí)間引水豎井開挖采用反井鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)井開挖，擴(kuò)挖均采用手風(fēng)鉆進(jìn)行，擴(kuò)挖循環(huán)進(jìn)尺按照1.2m考慮，月進(jìn)尺達(dá)60m（包括支護(hù)施工）。根據(jù)反井鉆機(jī)的工作能力，導(dǎo)井導(dǎo)向孔掘進(jìn)速度按4m/8h、擴(kuò)孔速度按照2m/8h計(jì)算，引水豎井反井鉆機(jī)導(dǎo)孔、導(dǎo)井預(yù)計(jì)施工時(shí)間共3個(gè)月。引水豎井?dāng)U挖作業(yè)主要工序分為測量放線、鉆孔、裝藥連線、起爆排煙、人工扒渣和圍巖支護(hù)等，各個(gè)工序占用時(shí)間分別為1.0、4.0、1.0、2.0、4.0h和6.0h。其中，支護(hù)工作為2個(gè)開挖循環(huán)進(jìn)行1次。隨著國家對工程安全、質(zhì)量的